專利名稱：無刷直流電動機的驅動方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于無刷直流電動機的驅動方法及其裝置，特別是關于適合用以驅動冰箱或空調等的壓縮機的無刷直流電動機的驅動方法及其裝置。
背景技術：
近年來，350L以上的大型機種的冰箱成為主力，這些冰箱中，高效率的轉速可變壓縮機的逆變器控制的冰箱占大半數(shù)。該等冰箱用壓縮機多數(shù)為了實現(xiàn)高效率，采用包括具有永久磁鐵的轉子的無刷直流電動機。而且，由于將無刷直流電動機設置于壓縮機中所謂高溫、高壓、制冷劑環(huán)境、油環(huán)境的環(huán)境下，故無法使用霍爾元件。因此，通常使用由定子上的感應電壓來檢測轉子位置的方法。
圖21是日本專利申請?zhí)亻_平9-88837號公報的以往的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。圖中，商用電源101在日本為頻率50Hz或60Hz、電壓100V的交流電源。整流電路102由橋接的整流用二極管102a至102d及平滑用電解電容器102e、102f所構成。圖中的電路為倍壓整流電路，故可從交流100V輸入得到直流電壓280V。逆變器電路103將6個開關元件103a、103b、103c、103d、103e、103f構成三相電橋。各開關元件具有回流電流用的逆向并列二極管，但本圖中省略。無刷直流電動機104由具有永久磁鐵的轉子104a及具有三相繞線的定子104b所構成。由逆變器103形成的三相交流電流流向定子104b的三相繞線，可使轉子104a旋轉。轉子104a的旋轉運動可由曲軸(未圖示)變更為往復運動，以驅動用以壓縮冷煤的壓縮機。
反電壓檢測電路105可從因轉子104a旋轉而在定子104b上產(chǎn)生的感應電壓來檢測轉子位置。換流電路106可對反電壓檢測電路105的輸出信號進行邏輯性的信號變換，且生成用以驅動逆變器103的開關元件的信號。
為了同步驅動無刷直流電動機104，同步驅動電路107以預定頻率產(chǎn)生與換流電路106產(chǎn)生的信號同形狀的信號。負荷狀態(tài)判定電路108可判定無刷直流電動機104運轉時的負荷狀態(tài)。切換電路109則根據(jù)負荷狀態(tài)判定電路108的輸出來選擇以換流電路106或者以同步驅動電路107來驅動無刷直流電動機104。驅動電路110則根據(jù)來自切換電路109的信號來驅動逆變器103的開關元件。
當負荷狀態(tài)判定電路108檢測出的負荷為正常負荷時，則由整流電路106來進行驅動。此時，可由反電壓檢測電路105檢測轉子位置，且由換流電路106以轉子位置為基準形成用以驅動逆變器103的整流模式。該整流模式則通過切換電路109提供給驅動電路110，以驅動逆變器103的開關元件。由此，可對應轉子位置來驅動無刷直流電動機104，即，無刷直流電動機104可作為普通的無刷直流電動機來驅動。
一旦負荷增加，無刷直流電動機104會因其特性導致轉速下降。負荷狀態(tài)判定電路108則判定該狀態(tài)為高負荷狀態(tài)，將切換電路109的輸出切換為來自同步驅動電路107的信號。即，無刷直流電動機104可作為同步電動機來驅動，以避免高負荷時轉速下降。

發(fā)明內容
本發(fā)明是以提供可提高低速時的電動機效率，同時也可以高速旋轉的無刷直流電動機的驅動裝置為目的。
本發(fā)明的無刷直流電動機的驅動裝置包含無刷直流電動機，包含定子及具有永久磁鐵的轉子；逆變器(inverter)，將電力提供給前述無刷直流電動機；驅動部，驅動前述逆變器；位置檢測部，根據(jù)前述無刷直流電動機的定子上的感應電壓來輸出轉子位置信號；第1波形產(chǎn)生部，一面對驅動信號進行PWM的占空比控制，一面輸出基于前述轉子位置信號的驅動信號；第2波形產(chǎn)生部，固定PWM的占空比，從而輸出將前述無刷直流電動機作為同步電動機來驅動的驅動信號；以及切換判定部，當前述無刷直流電動機為低速時，以前述第1波形產(chǎn)生部所輸出的驅動信號，經(jīng)由前述驅動部來驅動前述逆變器，而當前述無刷直流電動機的轉速為高速時，則以前述第2波形產(chǎn)生部所輸出的驅動信號，經(jīng)由前述驅動部來驅動前述逆變器。
因此，在低速時，可實現(xiàn)高效率且低噪音的運轉，同時，在高速時，可確保穩(wěn)定的高速性，并且，由于電流波形也接近正弦波，故可抑制相對于實效電流的峰值電流。


圖1是本發(fā)明第1實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。
圖2是本發(fā)明第1實施例中低速時的逆變器驅動的定時圖。
圖3是本發(fā)明第1實施例中低速時的通電角＝效率的特性圖。
圖4是本發(fā)明第1實施例中高速時的逆變器驅動的定時圖。
圖5是本發(fā)明第1實施例中轉速＝占空比的特性圖。
圖6是本發(fā)明第1實施例中轉速與占空比的定時圖。
圖7是本發(fā)明第1實施例的無刷直流電動機的轉子的構造圖。
圖8是本發(fā)明第2實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。
圖9是本發(fā)明第3實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。
圖10是本發(fā)明第4實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。
圖11是表示本發(fā)明第4實施例中第1波形產(chǎn)生部切換至第2波形產(chǎn)生部的切換動作的流程圖。
圖12是表示本發(fā)明第4實施例中第2波形產(chǎn)生部切換至第1波形產(chǎn)生部的切換動作的流程圖。
圖13是本發(fā)明第5實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。
圖14是顯示本發(fā)明第5實施例中第1波形產(chǎn)生部切換至第2波形產(chǎn)生部的切換動作的流程圖。
圖15是顯示本發(fā)明第5實施例中第2波形產(chǎn)生部切換至第1波形產(chǎn)生部的切換動作的流程圖。
圖16是本發(fā)明第6實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。
圖17是由第1波形產(chǎn)生部所產(chǎn)生的驅動波形。
圖18是由第2波形產(chǎn)生部所產(chǎn)生的驅動波形。
圖19是由第2波形產(chǎn)生部進行驅動時的電動機旋轉異常時的波形。
圖20是本發(fā)明第7實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。
圖21是以往的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。
具體實施例方式
以下，針對根據(jù)本發(fā)明的冰箱的實施例，一面參照附圖一面說明。
(第1實施例)圖1是本發(fā)明第1實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。
圖中，商用電源1在日本為頻率50Hz或60Hz、電壓100V的交流電源。整流電路2由橋接的整流用二極管2a～2d及平滑用電解電容器2e、2f所構成。圖中的電路為倍壓整流電路，故可從商用電源1的交流100V輸入得到直流電壓280V。整流電路2也可為全波整流或直流電壓可變式斷續(xù)器電路或倍壓整流/全波整流的切換方式等其他整流電路。
逆變器電路3將6個開關元件3a、3b、3c、3d、3e、3f構成三相電橋。各開關元件具有回流電流用逆向并列二極管，但本圖中省略。
無刷直流電動機4由具有永久磁鐵的轉子4a及具有三相繞線的定子4b所構成。由逆變器3生成的PWM(脈沖寬度調制)波形的三相交流電流流向定子4b的三相繞線，可使轉子4a旋轉。轉子4a的旋轉可由曲軸(未圖示)變更為往復運動，以驅動用以壓縮冷煤的壓縮機。
位置檢測部5可從因轉子4a旋轉而在定子4b上產(chǎn)生的感應電壓來檢測轉子位置。
第1波形產(chǎn)生部6是以位置檢測部5的位置檢測信號為基準，生成用以驅動逆變器3的開關元件3a、3b、3c、3d、3e、3f的信號。該驅動信號生成通電角大于等于120度小于等于150度的矩形波。也可以梯形波或正弦波等來取代矩形波。
第1波形產(chǎn)生部6進一步為了將轉速維持固定，也進行驅動信號的PWM的占空比的控制。通過按照旋轉位置，以最適當?shù)恼伎毡葋磉\轉，可實現(xiàn)高效率的運轉。
轉速檢測部7由通過對位置檢測部5的輸出信號的一定時間計數(shù)或周期性檢測等，來檢測無刷直流電動機4的轉速。
頻率設定部8是在固定PWM的占空比的狀態(tài)下改變輸出頻率。頻率限制部9可限制來自頻率設定部8的頻率不超過上限頻率。
第2波形產(chǎn)生部10是根據(jù)頻率設定部8的輸出信號，生成用以驅動逆變器3的開關元件3a、3b、3c、3d、3e、3f的信號。該驅動信號是生成通電角大于等于130度小于180度的矩形波。也可以梯形波或正弦波等來取代矩形波。驅動信號的PWM的占空比維持固定在最大值。
切換判定部11根據(jù)轉速檢測部7檢測出的轉速，選擇以第1波形產(chǎn)生部6或者以第2波形產(chǎn)生部10來驅動逆變器3。當轉速低時，則選擇第1波形產(chǎn)生部6，而當轉速高時，則選擇第2波形產(chǎn)生部10。
另外，轉速為低速或高速的判定也可從設定轉速或PWM占空比來判斷。
驅動部12根據(jù)來自切換電路11的輸出信號來驅動逆變器3的開關元件。最適當?shù)慕涣鬏敵鰪哪孀兤?施加至無刷直流電機4，使轉子4a旋轉。
上限頻率設定部13根據(jù)由第1波形產(chǎn)生部6驅動時的最大轉速(占空比100％時)來設定上限頻率。在本實施例中，將上限轉速設定為最大轉速的1.5倍。例如，當最大轉速為50r/s時，則上限頻率為75r/s。頻率限制部9將所設定的上限頻率利用于頻率限制。
進行由第2波形產(chǎn)生部10的驅動時，無刷直流電動機4作為同步電動機來運轉。一旦驅動頻率過高，電動機則會失去同步而失步。因此，上限頻率設定得低于引起失步的頻率。
當由第2波形產(chǎn)生部10所進行的驅動持續(xù)規(guī)定時間(例如30分鐘)時，上限頻率變更部14會強制性地將切換判定部切換為第1波形產(chǎn)生部6，并且再次通過上限頻率設定部13設定上限頻率。再次設定上限頻率的細節(jié)則留待后述。
電壓檢測部15檢測整流電路2的輸出電壓(直流電壓)。上限頻率修正部16接受該電壓檢測部15的輸出來修正上限頻率。通常，當電壓比標準高時，則提高上限頻率，而當比標準低時，則降低上限頻率。這些功能可由微計算機17的程序來實現(xiàn)。
接著，利用圖1～圖6來說明裝置的動作。
首先，說明低速驅動時的動作。無刷直流電動機4在轉速低時，根據(jù)來自第1波形產(chǎn)生部6的信號，如圖2所示那樣進行驅動。
在圖2中，U、V、W、X、Y、Z分別表示開關元件3a、3c、3e、3b、3d、3f的驅動信號，而Iu、Iv、Iw分別表示U、V、W相的電流。
根據(jù)位置檢測部5的信號，以120度通電角依次進行換流。并且，上臂的驅動信號U、V、W是進行PWM的占空比控制。電流波形為如圖所示的鋸齒狀波形。此時，由于根據(jù)位置檢測部5的輸出，在最適當?shù)亩〞r下進行換流，故可最高效率地驅動無刷直流電動機。
圖3表示低速驅動時的效率。如圖所示，當通電角比120度大時，電動機效率會提高。這是由于通電角變大，電動機電流就會減少，并且電動機的銅損會減少的緣故。但是，由于開關次數(shù)增加，導致開關損耗增加，故電路效率會下降。結果，如圖3所示，當通電角為130度時，綜合效率最高。因此，通電角宜大于等于120度小于等于150度。
接著，說明高速驅動時的動作。無刷直流電動機4在轉速高時，根據(jù)來自第2波形產(chǎn)生部10的信號，如圖4所示那樣被驅動。圖4的標號與圖2相同。各驅動信號是依照頻率設定部8的輸出以預定頻率來進行換流。通電角宜大于等于130度小于等于180度。圖4中，通電角為150度，但是通過增大通電角，電流波形會接近正弦波。在高速驅動時，無刷直流電動機4是作為同步電動機來驅動，所以隨著頻率增加，電流也會提高。但是，由于將通電角設定為大于等于130度180度，所以可將電流波形改善為接近正弦波且峰值電流小的波形，因此，即使是較高的電流，也可不需要過電流保護而流通。
接著，說明第1波形產(chǎn)生部6與第2波形產(chǎn)生部10的切換。圖5顯示本實施例的無刷直流電動機的轉速＝占空比的特性。圖5中，在轉速小于等于50r/s時，進行第1波形產(chǎn)生部6的低速驅動。PWM占空比可由反饋控制自動地調整成對應于轉速且效率最高的值。在50r/s時，PWM占空比為100％，且到達第1波形產(chǎn)生部6所進行的驅動無法再提高旋轉的極限。因此，驅動會切換為由第2波形產(chǎn)生部10來驅動。在該狀態(tài)中，上限頻率設定部13將上限頻率設定為75r/s(50r/s的1.5倍)。在來自頻率設定部8的輸出信號超過75r/s時，頻率限制部9會禁止輸出大于該值的頻率。從50r/s至75r/s之間，PWM占空比維持在100％，通過提高頻率設定部8的輸出頻率，提高無刷直流電動機4的轉速。
接著，說明上限頻率變更部14的動作。當在冰箱等的壓縮機使用本裝置時，由于負荷狀態(tài)的變化需要較長的時間，因此，必須隨著變更上限頻率。圖6說明上限頻率的變更。
在時刻t0時，無刷直流電動機4接受轉速指令80r/s，由第1波形產(chǎn)生部6來驅動并起動，從而依次增加轉速。同時，PWM的占空比也逐漸上升。
在時刻t1時，轉速為50r/s，PWM占空比為100％，在第1波形產(chǎn)生部6所進行的驅動下無法再增加超過它的轉速。因此，驅動會切換為由第2波形產(chǎn)生部10來驅動。在該狀態(tài)下，上限頻率設定部13將上限頻率設定為75r/s(50r/s的1.5倍)。然后，PWM占空比維持在100％，通過提高頻率設定部8的輸出頻率來提高轉速。
在時刻t2時，轉速達到上限的75r/s，雖然接收到80r/s的指令，但是，之后仍以75r/s繼續(xù)運轉。
在時刻t3(從時刻t2起30分鐘后)時，上限頻率變更部14會將驅動切換為由第1波形產(chǎn)生部6來驅動。如此一來，轉速會下降至第1波形產(chǎn)生部6可驅動的最大轉速(55r/s)。由于時刻t3時的負荷狀態(tài)比時刻t2時的負荷狀態(tài)輕，故最大轉速成為比時間t2時的50r/s高的55r/s。結果，上限頻率設定部13會將上限頻率再設定為82.5r/s(55r/s的1.5倍)。
然后，將驅動切換為由第2波形產(chǎn)生部10來驅動，并提高轉速。由于上限頻率為82r/s，所以可以最初的轉速指令80r/s來運轉。這樣，對應負荷的變動，每隔一段時間再度檢測負荷狀態(tài)，從而修正上限頻率，由此，可實現(xiàn)符合負荷狀態(tài)的最適當?shù)倪\轉。
接著，說明商用電源1的電壓變動的情形。此時，整流電路2的直流電壓輸出也會同時變化。由電壓檢測部15來檢測該直流電壓輸出的變化。根據(jù)該檢測結果，決定上限頻率修正部16應修正的值，以修正上限頻率設定部13設定的上限頻率。無刷直流電動機的最大轉速與整流電路2的直流電壓輸出成正比地變化。因此，可提供一種無刷直流電動機的驅動裝置，該無刷直流電動機的驅動裝置可進行修正，使得直流電壓下降10％，上限頻率亦下降10％，相反地，直流電壓上升10％，上限頻率亦上升10％，即使輸入電壓發(fā)生電壓變動，也不會失步，而可繼續(xù)運轉。
接著，說明無刷直流電動機4的構造。圖7是無刷直流電動機的轉子的構造圖。轉子芯子(core)20是沖壓0.35mm至0.5mm的薄硅鋼板并將其重疊形成的。21a、21b、21c、21d為磁鐵，以反圓弧狀嵌入轉子芯子20。磁鐵也可為平板狀。通常使用鐵氧體磁鐵或稀土類磁鐵。該構造的轉子中，磁鐵中央的d軸與磁鐵端部的q軸在各個軸方向的磁阻不同。因此，除了磁鐵的磁束所產(chǎn)生的扭矩(磁矩)以外，可利用磁阻扭矩，結果，可實現(xiàn)高效率的電動機。而且，由于在由第2波形產(chǎn)生部10所進行的驅動中，電流以前進相位來運轉，因此，大的磁阻扭矩是可期待的。
(第2實施例)
圖8是本發(fā)明第2實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。圖8中，在先行實施例已說明的部分賦予相同標號，并省略詳細說明。
輸出電壓檢測部30在逆變器3的開關元件3e導通時，透過定子繞線的W相的端子來檢測整流電路2的輸出電壓。上限頻率修正部16接受輸出電壓檢測部30的輸出，送出用以修正上限頻率設定部13的上限頻率的輸出。若電壓比標準高，則將上限頻率朝上方修正，若比標準低，則將上限頻率朝下方修正。由此，即使在電源電壓變動時，亦可維持穩(wěn)定的高速旋轉。
(第3實施例)圖9是本發(fā)明第3實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。在圖9中，在先行實施已說明的部分賦予相同標號，并省略詳細說明。
分路電阻40設置于整流電路2與逆變器3之間。電流檢測部41可檢測流過分路電阻40的電流。相位差檢測部42可檢測由電流檢測部41檢測出的電流與輸出電壓的相位差。當無刷直流電動機4由第1波形產(chǎn)生部來驅動而為低速時，該相位差為5°～15°。但是，當無刷直流電動機4被第2波形產(chǎn)生部作為同步電動機來驅動而成為高速時，該相位差擴大。如果相位差超過60°，則電動機有可能失步。所以，頻率限制部9在相位差超過55°時限制頻率，使轉速不再提高，從而避免失步。
振幅檢測部43可檢測電流檢測部41檢測出的電流的振幅。當無刷直流電動機4由第1波形產(chǎn)生部來驅動且為固定扭矩時，電流值會大致固定。但是，當無刷直流電動機4在被第2波形產(chǎn)生部作為同步電動機來驅動時，隨著轉速提高，電流值會逐漸增加。一旦電流的振幅超過預定值，保護電路(未圖示)就會動作，而電動機會停止，因此，必須在保護電路動作之前，阻止轉速上升。如果電流的振幅超過預定值，頻率限制部9則限制頻率，使得轉速不再提高，以避免電動機停止。
(第4實施例)圖10是本發(fā)明第4實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。圖10中，在先行實施例已說明的部分賦予相同標號，并省略詳細說明。
本實施例是提供無刷直流電動機的驅動方法及其裝置，當切換判定部在切換第1波形產(chǎn)生部所進行的電動機驅動與第2波形產(chǎn)生部所進行的電動機驅動時，使整流的定時或電動機轉速一致，由此抑制電動機電流混亂。
(1)首先，利用圖10的方框圖與圖11的流程圖來說明第1波形產(chǎn)生部切換至第2波形產(chǎn)生部的情形。
首先，在步驟21中，切換判定部11判定是否選擇第1波形產(chǎn)生部6。如果選擇第1波形產(chǎn)生部6則轉移至步驟22。
在步驟22中，將轉速檢測部7的檢測結果輸入頻率指令部22，且轉移至步驟23。
在步驟23中，切換判定部11從電動機轉速、PWM占空比等數(shù)據(jù)，來判斷是否需要切換至第2波形產(chǎn)生部8。當判定出需要切換時，則轉移至步驟24。
在步驟24中，頻率指令部22將在步驟22中所輸入的檢測結果輸入頻率設定部8。
最后，在步驟25中，切換判定部11將第1波形產(chǎn)生部6切換為第2波形產(chǎn)生部10。
如上所述，由設置頻率指令部22，可在第1波形產(chǎn)生部6切換至第2波形產(chǎn)生部10的前后，使換流的定時或電動機的運轉頻率相等，如此一來，可抑制切換時的電流混亂。
(2)接著，利用圖10的方框圖與圖12的流程圖來說明第2波形產(chǎn)生部切換至第1波形產(chǎn)生部的情形。
首先，在步驟41中，切換判定部11判定是否選擇第2波形產(chǎn)生部10。如果選擇第2波形產(chǎn)生部10則前進至步驟42。
在步驟42中，切換判定部11判斷是否需要切換至第1波形產(chǎn)生部6。當判定出需要切換時，則轉移至步驟43。
在步驟43中，一致判定部60判定轉速檢測部7檢測出的頻率是否與頻率設定部8設定的頻率一致。當一致時，轉移至步驟44。
在步驟44中，一致判定部60將頻率設定部8設定的頻率作為波形的輸出定時下指令至第1波形產(chǎn)生部6。
最后，在步驟45中，切換判定部11將第2波形產(chǎn)生部10切換為第1波形產(chǎn)生部6。
如上所述，由設置一致判定部60，可在第2波形產(chǎn)生部10切換至第1波形產(chǎn)生部6的前后，使換流的定時或電動機的運轉頻率相等，可抑制切換時的電流混亂。
(第5實施例)
圖13是本發(fā)明第5實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。圖13中，在先行實施例已說明的部分賦予相同標號，并省略詳細說明。
本實施例是提供無刷直流電動機的驅動方法及其裝置，當切換判定部在切換第1波形產(chǎn)生部所進行的電動機驅動與第2波形產(chǎn)生部所進行的電動機驅動時，使換流的定時或電動機轉速有差距，由此抑制電動機電流混亂。
(1)首先，利用圖13的方框圖與圖14的流程圖來說明第1波形產(chǎn)生部切換至第2波形產(chǎn)生部的情形。
首先，在步驟61中，切換判定部11判定是否選擇第1波形產(chǎn)生部6。如果選擇第1波形產(chǎn)生部6則轉移至步驟62。
在步驟62中，將轉速檢測部7的檢測結果輸入頻率修正部50，轉移至步驟63。
在步驟63中，切換判定部11從電動機轉速、PWM占空比等數(shù)據(jù)，來判斷是否需要切換至第2波形產(chǎn)生部8。當判定出需要切換時，則轉移至步驟64。
在步驟64中，頻率修正部50在將步驟62中所輸入的轉速檢測部7的檢測結果修正為適當?shù)闹岛?，將該值輸入頻率設定部8。
最后，在步驟65中，切換判定部11將第1波形產(chǎn)生部6切換為第2波形產(chǎn)生部10。
如上所述，通過設置頻率修正部50，可以在第1波形產(chǎn)生部6切換至第2波形產(chǎn)生部10的前后，使換流的定時或電動機的運轉頻率有差距，可抑制切換時的電流混亂。
(2)接著，利用圖13的方框圖與圖15的流程圖來說明第2波形產(chǎn)生部切換至第1波形產(chǎn)生部的情形。
首先，在步驟81中，切換判定部11判定是否選擇第2波形產(chǎn)生部10。如果選擇第2波形產(chǎn)生部10則前進至步驟82。
在步驟82中，切換判定部11判斷是否需要切換至第1波形產(chǎn)生部6。當判定出需要切換時，則轉移至步驟83。
在步驟83中，偏差判定部70判定轉速檢測部7檢測出的頻率與頻率設定部8設定的頻率的偏差是否在容許范圍內，當偏差在容許范圍內時，則轉移至步驟84。
在步驟84中，偏差判定部70是將轉速設定部7檢測出的頻率作為波形的輸出定時下指令至第1波形產(chǎn)生部6。
最后，在步驟85中，切換判定部11將第2波形產(chǎn)生部10切換為第1波形產(chǎn)生部6。
如上所述，通過設置偏差判定部70，可在第2波形產(chǎn)生部10切換至第1波形產(chǎn)生部6的前后，使換流的定時或電動機的旋轉頻率有差距，可抑制切換時的電流混亂。
(第6實施例)圖16是本發(fā)明第6實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。第16圖中，在先行實施例已說明的部分賦予相同標號，并省略詳細說明。
本實施例是提供可從位置檢測部5的位置檢測定時來檢測無刷直流電動機的旋轉異常，并進行適當?shù)奶幚淼臒o刷直流電動機的驅動裝置。
圖17、圖18分別表示由第1波形產(chǎn)生部6、第2波形產(chǎn)生部10所進行的驅動的波形。U、V、W、X、Y、Z分別為開關元件3a、3c、3e、3b、3d、3f的驅動信號，而Vu、Vv、Vw分別為逆變器電路3的U相、V相、W相的輸出電壓，Pu、Pv、Pw分別為位置檢測部5的輸出信號，而PD為位置檢測部5的位置檢測定時。當無刷直流電動機4的旋轉正常時，位置檢測定時PD會與開關元件的導通大致一致。
圖19是無刷直流電動機4的異常停止時的波形。位置檢測定時PD與開關元件的截止定時同時，即，在開關元件的導通定時的前后30°的位置發(fā)生。
這樣，當無刷直流電動機4以第2波形產(chǎn)生部10的驅動信號作為同步電動機來驅動時，位置檢測部5的位置檢測定時在正常旋轉時與旋轉中有一些異常時不同。異常檢測部27從位置檢測定時來檢測無刷直流電動機的旋轉異常。當旋轉異常時，位置檢測定時會在例如大于開關元件的導通開始大于等于15°小于等于45°的范圍內。而當旋轉正常時，位置檢測定時在該范圍外。
這里，所謂電動機的旋轉異常除了電動機停止的狀態(tài)以外，還包括因施加于電動機的過剩的電源電壓或過剩的負荷等，使無刷直流電動機因電流不穩(wěn)定而容易失步等狀態(tài)。
當旋轉正常時，由第2波形產(chǎn)生部10所進行的驅動會繼續(xù)，但是，當檢測出旋轉異常時，切換判定部11會使無刷直流電動機4的驅動回到由第1波形產(chǎn)生部6來驅動，并且依照位置檢測部5的信號來進行換流。此時，當無刷直流電動機處于停止狀態(tài)時，則會發(fā)生正常驅動下不會發(fā)生的狀態(tài)，例如，不輸入位置檢測信號，或成為與PWM頻率同步的高轉速，或者PWM占空比相對于速度低很多等。停止檢測部25將該狀態(tài)檢測為電動機停止中，然后，保護停止部26會指示驅動部12，從而使逆變器電路3停止。
而且，當回到由第1波形產(chǎn)生部進行驅動時，無刷直流電動機正常地旋轉，則切換判定部11會再度選擇第2波形產(chǎn)生部10，且以第2波形產(chǎn)生部10所進行的同步運轉來驅動無刷直流電動機4。此時，根據(jù)第1波形產(chǎn)生部6的驅動所產(chǎn)生的最高速度，通過上限頻率設定部13再設定上限頻率。
這樣，當位置檢測定時進入異常范圍時，通過暫時回到由第1波形產(chǎn)生部6所進行的驅動，然后再度設為由第2波形產(chǎn)生部10所進行的驅動，由于可修正由第1波形產(chǎn)生部6所進行的驅動切換為由第2波形產(chǎn)生部10所進行的驅動的速度，并可以再設定由第2波形產(chǎn)生部10進行驅動時的上限頻率，所以可實現(xiàn)符合負荷的最適當?shù)倪\轉。
而且，當位置檢測定時進入異常范圍時，也可使逆變器3暫時停止，之后再啟動。
(第7實施例)圖20是本發(fā)明第7實施例的無刷直流電動機的驅動裝置的方框圖。在圖20中，在先行實拖例已說明的部分賦予相同標號，并省略詳細說明。
本實施例提供可從流過分路電阻40的電流來檢測無刷直流電動機的旋轉異常，并進行適當?shù)奶幚淼臒o刷直流電動機的驅動裝置。
電流檢測部41從分路電阻40兩端的電壓來檢測流過分路電阻40的電流。
當分路電阻40的電流在例如規(guī)定值2A以下時，異常判定部44判斷無刷直流電動機4為正常旋轉，并且由切換判定部11當時所選擇的波形產(chǎn)生部(第1波形產(chǎn)生部或第2波形產(chǎn)生部)繼續(xù)驅動。
但是，當電流在3A以上時，則判斷為無刷直流電動機4因閉鎖等所造成的異常而處于停止狀態(tài)，從保護停止部26向驅動部12發(fā)送用于停止逆變器電路3的信號，使無刷直流電動機4停止。
進而，在由第2波形產(chǎn)生部進行驅動時，當電流超過2A而小于3A時，或當電流不穩(wěn)定時，則判斷為因施加于電動機的過剩的電源電壓或過剩的負荷等，使無刷直流電動機成為容易失步的狀態(tài)，暫時切換為由第1波形產(chǎn)生部6來驅動。
然后，當再度回到由第2波形產(chǎn)生部10進行驅動時，則由上限頻率設定部13根據(jù)第1波形產(chǎn)生部6輸出的最大頻率來決定上限頻率，并通過頻率限制部9來禁止輸出大于上限頻率的頻率，由此可實現(xiàn)穩(wěn)定的最大限度的高速運轉。
而且，如果在無刷直流電動機4啟動后例如1分鐘后開始進行電流檢測部41的電流檢測或異常判定部23的判定動作，則可避免將啟動時的過渡現(xiàn)象檢測為異常的錯誤檢測發(fā)生。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的無刷直流電動機的驅動裝置可在低速時實現(xiàn)高效率、低噪音的運轉，同時，在高速時確保穩(wěn)定的高速性，并且由于電流波形也接近正弦波，故可抑制相對于有效電流的峰值電流，因此，特別適合用在驅動冰箱或空調等的壓縮機的用途上。
權利要求
1.一種無刷直流電動機的驅動方法，該無刷直流電動機包括定子及具有永久磁鐵的轉子；逆變器，該逆變器將電力提供給所述無刷直流電動機；驅動部，該驅動部驅動所述逆變器；位置檢測部，該位置檢測部根據(jù)所述無刷直流電動機的定子上的感應電壓來輸出轉子位置信號；第1波形產(chǎn)生部，該第1波形產(chǎn)生部一面進行PWM的占空比控制，一面輸出基于所述轉子位置信號的驅動信號；第2波形產(chǎn)生部，該第2波形產(chǎn)生部固定PWM的占空比，輸出將所述無刷直流電動機作為同步電動機來驅動的驅動信號；以及切換判定部，該切換判定部可選擇所述第1波形產(chǎn)生部的驅動信號與所述第2波形產(chǎn)生部的驅動信號的其中一個信號，從而經(jīng)由所述驅動部來驅動所述逆變器，其特征在于，其中，所述切換判定部在所述無刷直流電動機低速時，選擇所述第1波形產(chǎn)生部的驅動信號，在所述無刷直流電動機高速時，選擇所述第2波形產(chǎn)生部的驅動信號。
2.如權利要求1所述的無刷直流電動機的驅動方法，其中，所述第1波形產(chǎn)生部可輸出通電角大于等于120度小于等于150度的矩形波或與其類似的波形的驅動信號，所述第2波形產(chǎn)生部可輸出通電角大于等于130度小于等于180度的矩形波或與其類似的波形的驅動信號。
3.如權利要求1所述的無刷直流電動機的驅動方法，其中，所述切換判定部在切換所述第1波形產(chǎn)生部的驅動信號與所述第2波形產(chǎn)生部的驅動信號的選擇時，使輸出驅動信號波形的定時在切換前后相等。
4.如權利要求1所述的無刷直流電動機的驅動方法，其中，所述切換判定部在切換所述第1波形產(chǎn)生部的驅動信號與所述第2波形產(chǎn)生部的驅動信號的選擇時，使輸出驅動信號波形的定時在切換前后有差別。
5.如權利要求1所述的無刷直流電動機的驅動方法，其中，所述切換判定部在切換所述第1波形產(chǎn)生部的驅動信號與所述第2波形產(chǎn)生部的驅動信號的選擇時，具有可抑制流向所述無刷直流電動機的電流增加的作用。
6.如權利要求1所述的直流電動機的驅動方法，其中，所述無刷直流電動機包含具有將永久磁鐵嵌入轉子鐵心的構造的凸極性的轉子。
7.如權利要求1所述的無刷直流電動機的驅動方法，其中，所述無刷直流電動機驅動壓縮機。
8.一種無刷直流電動機的驅動裝置，包含無刷直流電動機，包含定子及具有永久磁鐵的轉子；逆變器，將電力提供給所述無刷直流電動機；驅動部，驅動所述逆變器；位置檢測部，根據(jù)所述無刷直流電動機的定子上的感應電壓來輸出轉子位置信號；轉速檢測部，從所述轉子位置信號來檢測所述無刷直流電動機的轉速；第1波形產(chǎn)生部，一面進行PWM的占空比控制，一面輸出基于以所述轉子位置信號的驅動信號；第2波形產(chǎn)生部，固定PWM的占空比，輸出將所述無刷直流電動機作為同步電動機來驅動的驅動信號；以及切換判定部，當前述無刷直流電動機的轉速為小于等于預定轉速的低速時，以所述第1波形產(chǎn)生部所輸出的驅動信號，經(jīng)由所述驅動部來驅動所述逆變器，當所述無刷直流電動機的轉速為超過預定轉速的高速時，以所述第2波形產(chǎn)生部所輸出的驅動信號，經(jīng)由所述驅動部來驅動所述逆變器。
9.如權利要求8所述的無刷直流電動機的驅動裝置，還包含頻率設定部，設定所述第2波形產(chǎn)生部的輸出波形的頻率；以及頻率限制部，對所述頻率設定部設定的頻率施加限制，使得所述第2波形產(chǎn)生部的輸出波形的頻率不超過上限頻率。
10.如權利要求9所述的無刷直流電動機的驅動裝置，還包含根據(jù)所述第1波形產(chǎn)生部的輸出波形的最大頻率來設定所述上限頻率的上限頻率設定部。
11.如權利要求9所述的無刷直流電動機的驅動裝置，其中所述第1波形產(chǎn)生部輸出通電角大于等于120度小于等于150度的矩形波或與其類似的波形的驅動信號，所述第2波形產(chǎn)生部以所述頻率設定部設定的頻率來輸出通電角大于等于130度小于180度的矩形波或與其類似的波形的驅動信號。
12.如權利要求10所述的無刷直流電動機的驅動裝置，還包含以所述第2波形產(chǎn)生部所輸出的驅動信號使所述無刷直流電動機運轉規(guī)定時間后，重新設定上限頻率的上限頻率變更部。
13.如權利要求9所述的無刷直流電動機的驅動裝置，還包含電壓檢測部，檢測提供給所述逆變器的電壓；以及上限頻率修正部，根據(jù)所述電壓檢測部檢測出的電壓的值來修正所述上限頻率。
14.如權利要求9所述的無刷直流電動機的驅動裝置，還包含電流檢測部，檢測所述逆變器的輸出電流；以及相位差檢測部，根據(jù)所述電流檢測部檢測出的輸出電流相對于輸出電壓的相位來變更上限頻率。
15.如權利要求9所述的無刷直流電動機的驅動裝置，還包含電流檢測部，檢測所述逆變器的輸出電流；以及振幅檢測部，根據(jù)所述電流檢測部檢測出的輸出電流的振幅來變更上限頻率。
16.如權利要求8所述的無刷直流電動機的驅動裝置，還包含頻率設定部，設定所述第2波形產(chǎn)生部所輸出的驅動信號的頻率；以及頻率指令部，將所述轉速檢測部檢測出的轉速的頻率下指令至所述頻率設定部。
17.如權利要求8所述的無刷直流電動機的驅動裝置，還包含頻率設定部，決定所述第2波形產(chǎn)生部所輸出的驅動信號的頻率；以及一致判定部，判定所述轉速檢測部進行檢測的定時與所述第2波形產(chǎn)生部進行輸出的定時是否一致，如果一致，則將所述頻率設定部設定的頻率作為輸出頻率并下指令至所述第1頻率產(chǎn)生部。
18.如權利要求8所述的無刷直流電動機的驅動裝置，還包含修正所述轉速檢測部檢測出的轉速的頻率，將該頻率作為輸出頻率并下指令至所述頻率設定部的頻率修正部。
19.如權利要求8所述的無刷直流電動機的驅動裝置，還包含偏差比較部，比較所述位置檢測電路進行檢測的定時相對于所述第2波形產(chǎn)生部進行輸出的定時的偏差是否在容許范圍內，如果在容許范圍內，則將所述頻率設定部設定的頻率作為輸出頻率并下指令至所述第1波形產(chǎn)生部。
20.如權利要求8所述的無刷直流電動機的驅動裝置，還包含停止檢測部，根據(jù)來自所述位置檢測部的輸出信號來檢測所述無刷直流電動機是否因異常而停止；以及保護停止部，當所述停止檢測部檢測出異常停止時，停止所述驅動部對所述逆變器的驅動。
21.如權利要求20所述的無刷直流電動機的驅動裝置，其中所述保護停止部在停止以所述驅動部驅動所述逆變器后，進行再啟動。
22.如權利要求8所述的無刷直流電動機的驅動裝置，還包含根據(jù)所述位置檢測部的位置檢測定時來檢測所述無刷直流電動機的旋轉異常的異常檢測部。
23.如權利要求22所述的無刷直流電動機的驅動裝置，其中在所述逆變器的開關元件的導通定時前后，所述位置檢測部的位置檢測定時在規(guī)定的范圍外時，所述異常檢測部會檢測出所述無刷直流電動機的旋轉有異常。
24.如權利要求22所述的無刷直流電動機的驅動裝置，其中所述切換判定部在由所述第2波形產(chǎn)生部驅動所述逆變器時，如果所述異常檢測部檢測出所述無刷直流電動機的旋轉異常，則將由所述第2波形產(chǎn)生部進行驅動切換為由所述第1波形產(chǎn)生部進行驅動。
25.如權利要求24所述的無刷直流電動機的驅動裝置，其中所述切換判定部在所述異常檢測部檢測出所述無刷直流電動機的驅動異常，而從由所述第2波形產(chǎn)生部進行驅動切換為由所述第1波形產(chǎn)生部進行驅動后，如果所述異常檢測部未檢測出所述無刷直流電動機的旋轉異常，則從由所述第1波形產(chǎn)生部進行驅動切換為由所述第2波形產(chǎn)生部進行驅動。
26.如權利要求8所述的無刷直流電動機的驅動裝置，還包含電流檢測部，檢測所述逆變器的輸出電流；異常判定部，根據(jù)所述電流檢測部檢測出的電流來判定電動機旋轉的狀態(tài)；以及保護停止部，當所述異常判定部判定出異常時，停止所述驅動部對所述逆變器的驅動。
27.如權利要求8所述的無刷直流電動機的驅動裝置，其中所述無刷直流電動機包含具有將永久磁鐵嵌入轉子鐵心的構造的凸極性的轉子。
28.如權利要求8所述的無刷直流電動機的驅動裝置，所述無刷直流電動機驅動壓縮機。
全文摘要
本發(fā)明的無刷直流電動機的驅動方法和驅動裝置，在低速時，輸出通電角大于等于120度小于等于150度的矩形波或以其為準的波形，在高速時，固定PWM占空比，僅改變頻率，輸出通電角大于等于130度小于180度的矩形波、正弦波或者以其為準的波形，低速時可實現(xiàn)高效率、低噪音的運轉，同時，可確保穩(wěn)定的高速性，并且，由于電流波形也接近正弦波，所以可抑制對于有效電流的峰值電流。
文檔編號H02P6/08GK1754303SQ20048000503
公開日2006年3月29日 申請日期2004年3月8日 優(yōu)先權日2003年3月17日
發(fā)明者浜岡孝二, 田中秀尚, 大內山智則 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社